II.2. Круговороты веществ и их нарушение человеком

Малые круговороты чаще всего нарушаются в результате несоответствия между количеством веществ, поставляемых в среду, и возможностями организмов по их разложению либо концентрированию. Накопление человеком веществ достигает столь значительных объемов, что даже легко разрушаемые из них (например, отходы животноводческих комплексов, бытовые стоки и др.) долгое время не включаются в круговороты, играя роль вредных отходов. Вещества, чуждые организмам-деструкторам (грунты, изымаемые из глубинных слоев земли, золоотвалы, ядовитые соединения и т. п.), выключаются из круговоротов на более длительное время.

Круговорот углерода. Из рис 9 видно, что содержащийся в атмосфере углерод (в виде С02) в процессе фотосинтеза включается в органическое вещество растений и далее в цепи питания. Высвобождение углерода из органического вещества происходит в процессе дыхания организмов. Основная масса углерода высвобождается из мертвого органического вещества организмами-редуцентами (в основном бактериями и грибами). Небольшая часть органического вещества и содержащегося в нем углерода, по терминологии В. И. Вернадского, ускользает от круговорота и «уходит в геологию» в виде торфа, угля, нефти и карбонатных отложений в водных экосистемах.

Основное нарушение циклов углерода связано с высвобождением его из геологических структур (горючие ископаемые, известняки), а также в результате изменения площадей и продуктивности лесных и других растительных сообществ, разрушения органического вещества почв и высвобождения из вечномерзлых грунтов при их оттаивании (в виде метана) и т.

122

Схема круговорота углерода

Рис.9

Свет

Фотосинтез — органическое вещество рЯСТРНИЙ

Органическое вещество ]животных

со, h-

Органическое вещество почв

Вулканическая деятельность

Высвобождение С02 человеком

[

Известняки, коралловые рифы и др.

Захоронение ("Уход в геологию")

Круговорот азота. Схема круговорота азота представлена на рис.10. Основным источником данного элемента является атмосфера, откуда в почву, а затем в растительные организмы азот попадает только в результате превращения в усвояемое соединение-нитраты (Ш3). Последние образуются в основном в результате

123

деятельности организмов-азотофиксаторов. К ним относятся отдельные виды бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов (акти-номицетов). Частично нитраты образуются при грозовых разрядах и при фотохимических реакциях в атмосфере, откуда с осадками они попадают в почву.

Второй источник азота для растений - результат разложения органических веществ и, в частности, белков (протеинов) особой группой организмов-аммонификаторов. При этом в начале образуется аммиак (МН3), который в результате деятельности бактерий-нитрифи-каторов преобразуется в нитриты (И02) и нитраты (ТЮ3). Часть азота растениями усваивается в виде ионов аммония и мочевины, образующихся в результате разложения органических веществ.

Рис.10

Схема круговорота азота

Мочевина

Продукция растений и животных

Органический азот растений и животных (МН2)

Аммонификация

А.

Аммиак (МИ,)

Ион аммония (NN4)

Нитрификация

1

Нитриты (N0;)

Нитрификация

Нитраты (N0,)

Закись азота (ИР)

Свободный азот атмосферы

Деннтрфшкация

Азотофиксируюшие ' организмы

124

Возвращение азота в атмосферу происходит в процессе деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до Свободного азота и кислорода.

Значительная доля азота, попадая в океан (в основном со стоком вод с континентов), используется водными фотосинтезирующими организмами (прежде всего фитопланктоном), а затем, попадая в цепи питания животных, частично возвращается на сушу с продуктами морского промысла или птицами. Небольшая часть азота, как и углерод, попадает в о садочные соединения.

Изменения в круговороте азота под влиянием антропогенных факторов обусловлено переводом его в усвояемые формы из атмосферного воздуха в результате техногенных процессов как целенаправленно (при получении азотных удобрений), так и непреднамеренно (в результате высоких температур, создаваемых, например, двигателями внутреннего сгорания или промышленными установками).

Основные отрицательные последствия нарушения круговорота азота проявляются через загрязнение оксидами, аммиаком и другими соединениями атмосферного воздуха и вод, накопление нитратов в пищевых продуктах.

Круговорот серы. Сера является одним из наиболее агрессивных и распространенных загрязнителей среды, особенно воздущ-ной. Схема ее круговорота представлена на рис. 11.

Основные нарушения круговорота серы связаны со сжиганием органических веществ, переработкой серосодержащих руд (железных, медных и др.), нарушением циклов в системе почвы-растения. Сера при этом поступает в атмосферу в виде такого токсичного соединения, как диоксид (сернистый ангидрид). Частично в виде триоксида, сероводорода, сероуглерода и др. Диоксид серы относится к числу наиболее агрессивных загрязнителей. Он действует на природные и созданные человеком объекты как в результате сухого осаждения из воздуха, так и через кислотные осадки. Сера и ее соединения рассматриваются как основной или мировой загрязнитель среды.

125

Рис.11

Схема круговорота серы

В целом антропогенные поступления серы в атмосферу составляют порядка 200-250 млн./т в год. Это соизмеримо с ее поступлением из естественных источников (вулканы, распад серосодержащих минералов и органических веществ, природные пожары и т. п.).

Круговорот фосфора. Иной цикл характерен для фосфора (рис.12), в круговороте которого отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления фосфора организмами на суше и в водной среде он в конечном счете выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Не компенсируются эти потребности и в результате использования природных минеральных соединений.

Часть фосфора из океана на сушу поступает с морепродуктами. В том и другом случаях основная масса его включается в биогеохимические циклы, начальным звеном которых являются живые организмы. Отрицательным следствием наруше

126

Схема круговорота фосфора

Рис.12

Фосфат-ионы (РОЛ

Потребление

растениями

Фосфор в организмах

Минерализация органических веществ

Фосфатредуцирующие бактерии

Высвобождение человеком 1— (удобрения),

вынос животными

ния круговорота фосфора является попадание его в водные экосистемы с минеральными удобрениями и моющими синтетическими средствами. Наряду с азотом фосфор является основным фактором зарастания водоемов и загрязнения вод органическими веществами.

В целом темпы миграции отдельных веществ в естественных экосистемах и под влиянием деятельности человека трудно сопоставимы, например, человечество высвобождает из геологических структур и использует за один только год такое количество горючих ископаемых, которые природа накапливала примерно в течение миллиона лет. Увеличение потребления ресурсов человеком будет продолжаться, особенно в связи с переходом на путь промышленного развития новых (развивающихся) государств. Следовательно, основным реальным путем уменьшения отрицательных воздействий этих процессов на природу и недра является коренное изменение образа жизни людей, переход на новые взаимоотношения с природой, в частности, за счет уменьшения различий в темпах технического и социального прогресса.

127